垃圾焚烧烟气排放连续监测系统的应用

　　随着我国经济的飞速发展和城镇化的推进，城市生活垃圾量显著增长，但我国城市生活垃圾清运系统发展滞后，大量城市生活垃圾未能进行有效的集中收集、清运和无害化处理，导致垃圾积累堆存规模巨大。垃圾焚烧是指将垃圾置于850℃以上高温环境中，使垃圾中的活性成分经过氧化转化成性质稳定的残渣，释放热量并用于供热及发电，具有能量利用效率高、对环境造成影响小、占地面积小等优点。

　　据不完全统计，2018年初，全国垃圾焚烧发电装机容量超过680万千瓦，年发电量超过350亿千瓦时，年垃圾处理量超过1.05亿吨，占全国城镇垃圾清运量的比重为35%以上。 根据《生物质能发展“十三五”规划》，到2020年我国城镇生活垃圾焚烧发电装机容量要达到750万千瓦；《可再生能源发展“十三五”规划实施的指导意见》也明确了垃圾焚烧发电“十三五”规划布局，明确在30个省（直辖市、自治区）及新疆生产建设兵团布局529个垃圾焚烧发电项目，装机容量1022万千瓦。

　　2018年实施了一系列新的标准规范，例如《生活垃圾焚烧固定源烟气（颗粒物、SO2、NOX、HCl、CO）排放连续监测系统技术要求及检测方法》（HJC-ZY80-2017）、国家环保总局颁布的HJ75-2017《固定污染源烟气排放连续监测技术规范》和HJ76-2017《固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法》等，对系统设计、安装验收、运行维护等环节提供了监督和指导作用。本文以PS7400-F排放连续监测系统为例阐述CEMS的工程设计思路，总结CEMS设计、施工及运行维护的注意事项，希望对城市生活垃圾焚烧发电工程CEMS全生命周期的设计、施工及运行维护工作有所帮助[1]。

　　1.系统介绍

　　1.1系统用途和说明

　　PS7400-F烟气排放连续监测系统，是专门用于气体组份分析的成套设备，基于傅里叶红外变换原理的多组分在线连续监测的系统，广泛应用于垃圾处理，包括锅炉、工业炉窑、焚烧炉等气体连续排放监测，监测组分有SO2、HF、HCL、NOx、CO、CO2、NH3、H2O等。

　　样品气经过取样探头过滤和一体化电伴热管输送到系统预处理，预处理后的样气再进入分析仪，得到测量值。从取样探头至仪表气室全程加热保温在180℃，高温下连续工作的烟气监测系统[2]。无冷凝技术能够更好的适应水份含量重且样气中有强腐蚀气体的垃圾焚烧炉工艺尾气，确保了工艺烟道中各监测组份气体测量值不失真。高温取样同时避免了样气溶于水后对系统及仪表造成的腐蚀，大大提高了整套气体分析仪连续、稳定的运行时间。

　　1.2系统组成

　　系统主要由探头单元、吹扫单元、采样传输单元、样气处理单元、仪表单元、电源分配模块、通讯模块、温度控制模块、PLC控制器、数采仪、上位机等组成。其中，分析仪采用红外光谱技术，温度流一体测量仪集成有温度、压力、流速测量模块，能同时测量烟道内的压力、温度、流速，流速测量为皮托管原理。

　　1.3通讯和数据存储

　　系统充分考虑了生产数据的真实性和传输可靠性[3]，SR20-PLC提供MODBUSRS485协议，用于连接数采仪；SR40-PLC提供S7-TCP协议(转接到交换机)，用于上位机DAS（工控机）连接；DAS预留MODBUS RS232协议，用于大屏或DCS连接。按照HJ75、HJ76国标要求，设计符合要求的DAS软件，完成分钟、五分钟、日、月、年报表的数据和系统状态标志位记录，提供历史数据、状态信息、操作记录等查询功能。

　　2.系统安装

　　设备安装环境条件必须符合设备工作条件，需要考虑设备外部尺寸及与墙体的距离，安装位置尽可能减小振动，靠近采样点，样气能以最短的气路进入系统，废气能以最短的气路排出。为防止烟道中的粉尘堆积在法兰口，在法兰焊接于烟道时，探头法兰应有5-15°的倾斜。系统配备的采样管是电加热一体化伴热管，内部集成有三根?6聚四氟乙烯管以及一根电伴热带。为了避免信号干扰，电磁阀吹扫控制线、加热电源线、测温电阻线和现场仪表模拟量信号线应该分开单独布线。

　　3.系统运行

　　系统供给的压缩空气（氮气）压力在0.5-0.8MPa,压缩空气（氮气）中必须保证无水、无油、无尘，否则会损坏仪表。调节仪表吹扫流量200-250L/H左右，调节样气流量达到200L/H左右，设定加热温度为180℃，打开加热部件的电源，保证温度稳定在180℃左右。

　　系统正常运行时，系统执行采样和探头清洁操作；系统维护时，通过本地/远程进零气/标气对系统进行相关校正、校验等维护工作。系统具备零点自动校准功能，可以设定周期性自动通过傅里叶红外吹扫单元产出的零气进行零点校准，这样即减少了系统对N2的需求，降低成本，也提高了系统的分析精度，减少了漂移的影响。系统带有故障报警功能，全程温度低于170℃或者高于200℃、气室压力高于或者低于设定值、仪表吹扫流量异常等都会触发系统的报警，自动触发系统保护机制和自恢复后自启动的功能。

　　4.系统维护

　　每日巡检对空气除水净化器进行排水、气源压力（0.4-0.6MPa）检查、质量确认（无水、无油、无尘），如果过滤芯颜色异常需要立即关闭光学吹扫流量计，否则会导致仪表损坏；观察样品流量当前值是否为200±1L/H，定期检查探头滤芯有无堵塞；观察各加热部件温度、气室压力、仪器吹扫流量、自动校零是否正常。

　　5.垃圾焚烧排放连续监测系统的技术发展

　　傅立叶变换红外分析(简称FT-IR)系统[4]具有湿法分析、多组份监测、低检测限和极宽的动态测量范围性能，FTIR是一种用来获得固体、液体、气体的红外线吸收光谱和放射光谱的技术，同时收集一个大范围范围内的光谱数据，这给予了在小范围波长内测量强度的色散光谱仪一个显著的优势。随着傅里叶转换红外技术的发展，采样系统的不断完善，分析数据可靠性和准确性的不断提高，将会为垃圾焚烧排放连续监测系统技术的发展提供更可靠的支持和保障。